Файл: Варианты архитектуры клиент-сервер.pdf

Отличие клиент-сервер от других распределенных решений

Есть несколько характеристик, отличающих вычислительную модель клиент-сервер от обычных схем распределенных вычислений.

1. В приложениях клиент-сервер большое внимание уделяется созданию на клиентской машине дружественного пользователю интерфейса. Таким образом, пользователь получает полный контроль над расписанием и режимом работы компьютера, а менеджеры уровня отделов получают возможность реагировать на локальные проблемы.

2. Хотя приложения являются распределенными, в архитектуре клиент-сервер, как правило, используются централизованные корпоративные базы данных. Это позволяет руководству корпорации сохранять полный контроль над инвестициями в информационные системы, а также обеспечивать полную связность всех систем. В то же время такая конфигурация избавляет различные отделы компании от накладных расходов по управлению сложными вычислительными системами, но позволяет им выбирать типы машин и интерфейсы, которые им необходимы для доступа к данным.

3. Как корпоративные пользователи, так и производители отдают предпочтение открытым и модульным системам. Это означает, что пользователю предоставляется более широкий выбор продуктов и большая свобода в объединении оборудования от различных производителей.

4. Компьютерная сеть является ключевым звеном данной архитектуры. Поэтому вопросы сетевого администрирования и сетевой безопасности при работе с информационными системами данного типа имеют приоритет.

Приложения клиент-сервер

Важнейшей особенностью вычислительной модели клиент-сервер является распределение прикладных задач между клиентами и серверами. На клиенте, так и на сервере базовым программным обеспечением является, разумеется, операционная система.

Одно из преимуществ в данном случае – свобода при выборе платформ и ОС. Для клиента и для сервера они могут быть разными. Например, Самый популярный Web-Server – Apache и Ngnx (и их связка) работают на Linux-based ОС, а клиентом может быть любая платформа. Единственное требование – наличие одинаковых каналов передачи данных (сегодня наиболее популярен Ethernet).^[3]

Взаимодействие клиента и сервера обеспечивается коммуникационным программным обеспечением. Примерами такого программного обеспечения являются стек семиуровневых протоколов TCP/IP,- протоколы модели OSI, а также различные фирменные архитектуры, вроде SNA, так же семиуровневого, но не совпадающего с сетевой моделью OSI.^[4]

Разумеется, назначение всего этого программного обеспечения поддержки (протоколов и операционной системы) заключается в предоставлении базы для распределенных приложений. В идеальном случае выполняемая приложением функция должна быть распределена между клиентом и сервером таким образом, чтобы вычислительные и сетевые ресурсы использовались оптимально, а пользователи получили оптимальные возможности для выполнения различных задач и совместной работы.

В некоторых случаях для этого может быть необходимо, чтобы большая часть программного обеспечения выполнялась на сервере, тогда как в других случаях большая часть логики может быть реализована на клиенте.

Наконец, существенным фактором успеха является метод взаимодействия пользователя с системой, то есть большое значение имеет пользовательский интерфейс клиентской машины. В большинстве систем клиент-сервер графическому интерфейсу пользователя (Graphical User Interface, GUI) уделяется очень серьезное внимание — он должен быть простым и удобным, но одновременно мощным и гибким. Таким образом, модуль услуг представления на рабочей станции можно считать ответственным за дружественный интерфейс с распределенными приложениями.

Уровень представления занимается форматированием данных для их корректной интерпретации каждым из двух взаимодействующих компьютеров. Модуль услуг представления имеет дело с взаимодействием пользователя и приложения, а также с функциональностью графического интерфейса пользователя.

Базы данных

Рассмотрим концепцию распределенной между клиентом и сервером логики приложения на примере реляционной базы данных. В этой среде сервер является сервером баз данных. Взаимодействие между клиентом и сервером осуществляется в форме транзакций, в которых клиент посылает серверу запрос и получает ответ на него.

Сервер отвечает за управление базой данных. На клиентских машинах могут располагаться различные приложения, пользующиеся базой данных. Специальное программное обеспечение связывает клиента и сервера, позволяя клиенту выполнять запросы и получать доступ к базе данных. Популярным примером такой логики является язык структурированных запросов (Structured Query Language, SQL).

Вся прикладная логика — программы для обработки и анализа данных — располагается на клиентской стороне, тогда как сервер занимается только управлением базой данных. Приемлемость такой конфигурации зависит от стиля и задачи конкретного приложения.

Предположим, например, что основная цель приложения заключается в обеспечении доступа для поиска записей в режиме подключения (on-line). К примеру, существует сервер с базой данных в 1 000 000 записей. В ней пользователь с клиентской станции хочет сделать выборку и направляет базе уточняющие запросы. При общем запросе сервер возвращает 1000 записей, при уточняющем запросе база выдает 40 записей, а при втором уточнении – всего 1 запись.

Такое приложение является идеальным примером работы клиент-серверной модели.

Для работы базы данных требуется обеспечение бесперебойной работы в любых условиях, жесткий контроль к уровням доступа к ней и особые аппаратные средства. Для быстрой работы с базой данных требуются высокие характеристики ввода/вывода, мощный процессор и внушительные объемы оперативной памяти. Все это лишние затраты для оснащения ими рабочей станции, в силу чего они органичней смотрятся на серверах. При высоких нагрузках память должна быть с коррекцией ошибок. Такие типы памяти не используются в рабочих станциях.

Перемещение 1 000 000 записей по сети в обе стороны весьма затратно даже в современных локальных сетях, где гигабит становится стандартом. Таким образом, серверу недостаточно просто получать доступ к записям от имени клиента. Сервер должен обладать логикой базы данных, позволяющей ему выполнять операции поиска от имени клиента.

Кроме того на сервере должно быть установлено ПО с логикой базы данных, контролироваться доступ и типы допустимых действий и операций, лимиты.

Прикладная реализация клиент-сервер

В рамках общей структуры приложений клиент-сервер выполняемая работа может быть разделена между клиентом и сервером по-разному. Точная доля исполняемых операций и объем передаваемых по сети данных зависят от природы информации, содержащейся в базе данных, поддерживаемых типов приложений, доступности оборудования, которое может работать совместно, а также от характера использования данных в организации.

Схемы некоторых основных вариантов приложений баз данных показаны на рисунке

В целом можно выделить 5 типов обработки запроса от клиента сервером. О них ниже.

Обработка данных на базе хоста. Данная схема не является настоящим приложением клиент-сервер, а относится к традиционному окружению мэйнфрейма, когда вся или практически вся обработка данных осуществляется на главной вычислительной машине. Зачастую в подобной вычислительной среде интерфейс пользователя предоставляет примитивный терминал. Но даже если пользователь сидит за персональным компьютером, роль персонального компьютера в этом случае ограничивается эмуляцией терминала.

Обработка данных на базе сервера. Простейшим классом конфигурации клиент-сервер является схема, в которой клиент отвечает лишь за предоставление графического интерфейса пользователя 1, тогда как практически вся обработка данных осуществляется на сервере.

Обработка данных на базе клиента. Данная схема представляет собой другую крайность. Практически вся обработка данных осуществляется на клиенте, за исключением процедур проверки целостности данных и прочей логики, относящейся к обслуживанию базы данных, которые лучше исполнять на сервере. Как правило, наиболее клиент-сервер сложные функции для работы с базой данных располагаются на клиентской стороне. На сегодняшний день подобная схема, возможно, является наиболее распространенной реализацией архитектуры клиент-сервер.

Совместная обработка данных. В данной конфигурации обработка данных оптимизирована таким образом, чтобы использовать сильные стороны, как клиента, так и сервера, а также самого факта распределения данных. Подобные конфигурации гораздо сложнее в установке и обслуживании, но в долговременной перспективе они позволяют обеспечить лучшие показатели производительности и эффективности использования сетевых ресурсов, чем другие методы реализации архитектуры клиент-сервер.

Главное достоинство модели «толстого» клиента заключается в том, что она максимально опирается на вычислительные возможности настольного компьютера, освобождая сервер от излишней нагрузки по обработке данных и, таким образом, повышая их эффективность и снижая вероятность того, что сервер станет узким местом системы.

Однако у стратегии «толстого» клиента имеются и недостатки. Оснащение настольных компьютеров новыми функциями быстро истощает их вычислительные мощности, заставляя компании проводить модернизацию. Если в работу приложения вовлекаются множество пользователей из разных подразделений, компании приходится устанавливать локальную сеть с высокой пропускной способностью для поддержки огромных объемов данных, передаваемых между «тонкими» серверами и «толстыми» клиентами. Наконец, приложения, распределенные по нескольким десяткам и сотням настольных машин, трудно поддерживать, обновлять и заменять.

Архитектура с промежуточным сервером.

Традиционная архитектура клиент-сервер состоит из двух уровней, или звеньев: клиентского и серверного. В последние годы все большее распространение получает трехзвенная архитектура клиент-сервер

В данной архитектуре прикладное программное обеспечение распределено между машинами трех типов: пользовательской машиной, промежуточным сервером и сервером базы данных. Машина пользователя представляет собой клиента, и в трехзвенной модели это, как правило, «тонкий» клиент. Промежуточные машины являются, по существу, шлюзами между «тонкими» клиентами и разнообразными серверами баз данных. Промежуточные машины должны уметь преобразовывать протоколы и отображать одни типы запросов к базам данных на другие. Вдобавок промежуточные машины должны объединять результаты запросов от различных источников данных. Наконец, эти машины должны играть роль шлюзов между настольными приложениями и оставшимися у организации со старых времен системами управления базами данных, таким образом, являясь посредниками между двумя «мирами». Взаимодействие между промежуточным сервером и сервером баз данных также соответствует модели клиент-сервер. Таким образом, промежуточная система функционирует одновременно и как клиент, и как сервер.

Такая модель является наиболее предпочтительной и рекомендуема передовыми производителями серверного оборудования и программного обеспечения.

Так, к примеру, для развертывания 1с на предприятии среди рекомендаций дилеров серверного оборудование и специалистов 1С наиболее приемлемой конфигурацией является следующая:

- сервер базы данных

- сервер приложения

- сервер базы данных.

Программное обеспечение промежуточного сервера

Процессы разработки и развертывания программных продуктов, относящихся к архитектуре клиент-сервер, значительно опередили процессы стандартизации всех аспектов распределенных вычислений от физического до прикладного уровня. Отсутствие стандартов затрудняет реализацию интегрированной конфигурации, состоящей из устройств различных производителей. Поскольку основные достоинства архитектуры клиент-сервер связаны с ее модульностью, а также с возможностью объединять различные платформы и приложения, необходимо решить вопросы совместной работы этих платформ и приложений.

Чтобы добиться максимальной эффективности применения архитектуры клиент-сервер, разработчики должны обладать набором инструментальных средств, предоставляющих единообразные средства и обеспечивающие единый стиль доступа к системным ресурсам на всех платформах. Это позволит программистам создавать приложения, которые не только одинаково выглядят на различных персональных компьютерах и рабочих станциях, но и используют один и тот же метод доступа к данным, независимо от их расположения.

Наиболее общий подход к удовлетворению этих требований заключается в использовании стандартных интерфейсов и протоколов между приложением, с одной стороны, и коммуникационным программным обеспечением и операционной системой, с другой. Эти стандартизованные интерфейсы и протоколы получили название промежуточного программного обеспечения. Наличие стандартных программных интерфейсов облегчает развертывание одного и того же приложения на серверах и рабочих станциях разных типов. Это, очевидно, является достоинством не только для потребителя, но и для производителя. Это связано с тем, что потребители приобретают приложения, а не серверы. Потребители только выбирают серверные продукты, на которых работают нужные им приложения. Стандартизованные протоколы необходимы для взаимодействия различных серверных интерфейсов с клиентами.^[5]